以太網(wǎng)是現(xiàn)實(shí)世界中最普遍的一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)上無(wú)線電系統(tǒng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息的想法。為增進(jìn)大家對(duì)以太網(wǎng)的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工業(yè)以太網(wǎng)可擴(kuò)展性予以介紹。如果你對(duì)以太網(wǎng)或是對(duì)本文內(nèi)容具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是指用傳輸媒體把計(jì)算機(jī)等各種設(shè)備互相連接起來(lái)的物理布局，是指互連過(guò)程中構(gòu)成的幾何形狀，它能表示出網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、工作站的網(wǎng)絡(luò)配置和互相之間的連接。

沒(méi)有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和構(gòu)建是相同的。一家企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)部署目標(biāo)可能與另一家企業(yè)截然不同。網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人員需要根據(jù)業(yè)務(wù)目標(biāo)定制每個(gè)系統(tǒng)以滿足訪問(wèn)、控制和性能級(jí)別。

以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常采用總線型或星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，所有計(jì)算機(jī)都連接到同一條總線上，數(shù)據(jù)通過(guò)總線進(jìn)行傳輸。在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，每個(gè)計(jì)算機(jī)都連接到一個(gè)中央設(shè)備(如交換機(jī)或集線器)上，數(shù)據(jù)通過(guò)中央設(shè)備進(jìn)行傳輸。此外，還有一些其他的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但它們?cè)谝蕴W(wǎng)中的應(yīng)用較少。

以太網(wǎng)采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基本是總線型。

總線型拓?fù)涫遣捎脝胃鶄鬏斪鳛楣灿玫膫鬏斀橘|(zhì)，將網(wǎng)絡(luò)中所有的計(jì)算機(jī)通過(guò)相應(yīng)的硬件接口和電纜直接連接到這根共享的總線上。使用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需解決的是確保端用戶使用媒體發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)不能出現(xiàn)沖突。

在點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路配置時(shí)，如鏈路是半雙工操作，只需使用簡(jiǎn)單的機(jī)制便可保證兩個(gè)用戶輪流工作。在一點(diǎn)到多點(diǎn)方式中，對(duì)線路的訪問(wèn)依靠控制端的探詢來(lái)確定。

以太網(wǎng)是現(xiàn)實(shí)世界中最普遍的一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)有兩類：第一類是經(jīng)典以太網(wǎng)，第二類是交換式以太網(wǎng)，使用了一種稱為交換機(jī)的設(shè)備連接不同的計(jì)算機(jī)。經(jīng)典以太網(wǎng)是以太網(wǎng)的原始形式，運(yùn)行速度從3~10 Mbps不等;而交換式以太網(wǎng)正是廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)，可運(yùn)行在100、1000和10000Mbps那樣的高速率，分別以快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)和萬(wàn)兆以太網(wǎng)的形式呈現(xiàn)。

以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)上無(wú)線電系統(tǒng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息的想法，每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須獲取電纜或者信道的才能傳送信息，有時(shí)也叫作以太(Ether)。(這個(gè)名字來(lái)源于19世紀(jì)的物理學(xué)家假設(shè)的電磁輻射媒體-光以太。后來(lái)的研究證明光以太不存在。) 每一個(gè)節(jié)點(diǎn)有全球唯一的48位地址也就是制造商分配給網(wǎng)卡的MAC地址，以保證以太網(wǎng)上所有節(jié)點(diǎn)能互相鑒別。由于以太網(wǎng)十分普遍，許多制造商把以太網(wǎng)卡直接集成進(jìn)計(jì)算機(jī)主板。

二、工業(yè)以太網(wǎng)如何提高網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性

1、是什么推動(dòng)了工業(yè)以太網(wǎng)的采用?

以太網(wǎng)解決方案在傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線上獲得如此大優(yōu)勢(shì)的原因主要涉及以太網(wǎng)電源的卓越帶寬和速度，以及由于大型、成熟的產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)而具有出色的靈活性和成本效益。此外，以太網(wǎng)是一種熟悉的技術(shù)，幾十年前首次進(jìn)入辦公室局域網(wǎng)。

以太網(wǎng)采用的另一個(gè)主要驅(qū)動(dòng)力是：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的興起。IIoT的巨大規(guī)模及其無(wú)數(shù)的設(shè)備和IP網(wǎng)絡(luò)正在將硬連線發(fā)射器和串行現(xiàn)場(chǎng)總線推向極限。例如，這種趨勢(shì)可以在HART協(xié)議系列的發(fā)展中看到。

更具體地說(shuō)，WirelessHART的普及意味著許多用于測(cè)量的動(dòng)態(tài)變量現(xiàn)在正在由設(shè)備交換，而不是許多傳統(tǒng)自動(dòng)化協(xié)議的單一變量運(yùn)動(dòng)。在Modbus RTU寄存器中映射所有這些數(shù)字將是緩慢而艱苦的工作。像Modbus RTU等基于串行的協(xié)議也不足以執(zhí)行智能設(shè)備管理，而智能設(shè)備管理對(duì)IIoT越來(lái)越重要。

2、IIoT正在將硬連線發(fā)射器推向極限

因此，HART-IP的開(kāi)發(fā)支持標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3以太網(wǎng)和IEEE 802.11 Wi-Fi。與許多其他工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議一樣，它通過(guò)處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和其他形式的流量，使企業(yè)IT和自動(dòng)化及控制系統(tǒng)更緊密地結(jié)合在一起。這允許工廠網(wǎng)絡(luò)的更大可擴(kuò)展性，同時(shí)能夠使用一組技術(shù)(以太網(wǎng))而不是許多技術(shù)來(lái)節(jié)省成本。

3、基于以太網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)與自組織系統(tǒng)

由于上述許多優(yōu)點(diǎn)，以太網(wǎng)是IIoT的理想物理層。在其上運(yùn)行的工業(yè)協(xié)議可以幫助整合曾經(jīng)由不同的基于串行的現(xiàn)場(chǎng)總線完成的大部分工作，從而允許將離散的工廠設(shè)備池整合到融合網(wǎng)絡(luò)中。為給定設(shè)置選擇實(shí)際的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議將在很大程度上取決于確定性要求、已經(jīng)到位的基礎(chǔ)設(shè)施以及組織是否需要或需要額外的硬件和軟件組件等因素。

4、以太網(wǎng)簡(jiǎn)化工業(yè)網(wǎng)絡(luò)

HART-IP適用于處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和其他形式的流量，因?yàn)樗cHART和WirelessHART共享一個(gè)應(yīng)用層。在其他應(yīng)用中，像EtherNet/IP這樣的東西可能更適合在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施中工作并連接TCP / IP流量。或者，EtherCAT可能是動(dòng)態(tài)處理的正確選擇，它可以減少CPU負(fù)載并消除對(duì)交換機(jī)和集線器的依賴。

對(duì)于許多制造商來(lái)說(shuō)，混合以太網(wǎng)解決方案將是最佳途徑。使用解決方案，例如具有PriorityChannel的RapID網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)接口?可以幫助支持所有領(lǐng)先的協(xié)議，同時(shí)消除以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)流量的不利影響。

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